JP2010188364A - 積層耐熱合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周縁部における接合不良を確実に防止することが可能な積層耐熱合金板の製造方法を提供すること。
【解決手段】積層耐熱合金板の製造方法は、耐熱性を有するシート部材１２と、板材同士の間にろう材１１が挟まれて構成された熱処理対象物１０と、を交互に複数積層する積層工程と、積層された熱処理対象物１０を積層方向に押圧した状態で加熱するろう付け工程と、を備え、積層工程では、シート部材１２の周縁部が熱処理対象物１０の外側にはみ出た状態でシート部材１２を積層し、シート部材１２の周縁部が少なくとも加熱時に下方に垂れて、熱処理対象物１０を上下に配されたシート部材１２で覆っている。
【選択図】図５

Description

本発明は、積層耐熱合金板の製造方法に関する。

ガスタービン、ジェットエンジン等の燃焼器には、積層耐熱合金板からなる冷却構造が配されている。この積層耐熱合金板は、例えば、細溝と冷却孔とが配された細溝板の溝側の面と、冷却孔のみが設けられた上板とがニッケルろう付された構造となっている（例えば、特許文献１参照。）。

このような積層耐熱合金板は、ホットプレス等の真空容器内で細溝板と上板とをニッケルろう材を介して上記溝に蓋をするように重ね、上記溝が下方に向くように載置した状態を一つの熱処理対象物としたものをさらに複数積層し、積層方向に負荷荷重を加え、不活性雰囲気または真空中で加熱処理を施して製造される。この際、熱処理対象物同士の接合を抑えるため、熱処理対象物間にアルミナ及びシリカを含む耐熱性の不繊布を挿入している。

特公平６−６７５５１号公報

しかしながら、ホットプレス真空容器内側壁面に設けられたヒータによる加熱では、熱処理対象物の周縁部側のほうが内側よりも加熱されやすく温度が高くなるので、上記従来の積層耐熱合金板の製造方法では、周縁部で溶融したろう材が細溝板と上板との間から流れ出てしまい、接合不良の原因となってしまうおそれがあった。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、周縁部における接合不良を確実に防止することが可能な積層耐熱合金板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る積層耐熱合金板の製造方法は、耐熱性を有するシート部材と、板材同士の間にろう材が挟まれて構成された熱処理対象物と、を交互に複数積層する積層工程と、積層された前記熱処理対象物を積層方向に押圧した状態で加熱するろう付け工程と、を備え、前記積層工程では、前記シート部材の周縁部が前記熱処理対象物の外側にはみ出た状態で前記シート部材を積層し、前記シート部材の周縁部が少なくとも加熱時に下方に垂れて、前記熱処理対象物を上下に配された前記シート部材で覆うことを特徴とする。

この発明は、ろう付け工程で加熱する際に熱処理対象物がシート部材で包み込まれているので、熱処理対象物の周縁部と内側との温度差を小さくすることができ、熱処理対象物全体の均一な加熱によって安定したろう付けを行うことができる。

また、本発明に係る積層耐熱合金板の製造方法は、前記積層工程で使用する前記シート部材は、長繊維が編み込まれて形成されていることを特徴とする。

この発明は、シート部材が長繊維を編み込まれて形成されていることで、下方に垂れても折れて損傷しにくく、また、加熱してもシート部材が粉末状になりにくい。このため、熱処理時において熱処理対象物を好適に包み込みつつ、熱処理後の再利用回数を多くすることができ、製造コストを抑えることができる。また、加熱によりシート部材が粉末状になりにくいことで、熱処理後にはシート部材を取り除くだけで良く、熱処理後の作業を良好な作業環境の下容易なものとすることができる。

また、本発明に係る積層耐熱合金板の製造方法は、前記積層耐熱合金板の製造方法であって、前記シート部材は、前記長繊維が綾織されて前形成されていることを特徴とする。
この発明は、シート部材の密度を高めることができ、繊維１本あたりの負荷を分散させることができる。そのため、押圧時における熱処理対象物の周縁部での集中荷重を均圧化して、シート部材の耐久性を向上することができる。

また、本発明に係る積層耐熱合金板の製造方法は、前記積層耐熱合金板の製造方法であって、前記シート部材が前記熱処理対象物間に複数枚積層されていることを特徴とする。
この発明は、押圧時における均圧化をさらに高めることができる。

本発明によれば、周縁部における接合不良を確実に防止して積層耐熱合金板を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法により製造される積層耐熱合金板を示す一部破断概要図である。 本発明の一実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法により製造される積層耐熱合金板を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法により製造される積層耐熱合金板が使用されるガスタービンを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法において使用されるシート部材を示す一部拡大平面図である。 本発明の一実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法において使用されるシート部材を示す一部拡大平面図である。 本発明の一実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法において使用されるシート部材の変形例を示す一部拡大平面図である。

本発明に係る一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法によって製造される積層耐熱合金板１は、図１及び図２に示すように、複数の細溝２Ａと第一冷却孔２Ｂとが配された細溝板２と、第二冷却孔３Ａが配され、細溝板２の細溝２Ａ側の面とニッケルろう付けされた上板３と、を備えている。

細溝板２は、板厚が０．５〜７．０ｍｍ程度とされている。細溝板２の表面には細溝２Ａが略平行に複数配されており、この表面が冷却フィンとして機能している。第一冷却孔２Ｂと第二冷却孔３Ａとは、上板３と細溝板２とがろう付けされた際に互いに偏心するようにそれぞれ配されている。細溝板２及び上板３は、トミロイ（登録商標）、ハステロイ（登録商標）といったニッケル基の耐熱合金で構成されている。

この積層耐熱合金板１は、例えば、図３に示す産業用ガスタービン５が具備する燃焼器６の内筒６Ａ、外筒６Ｂ、尾筒６Ｃ等、高温の流体に曝されての冷却が必要な箇所に使用される部材に適用される。
なお、図１及び図２に示す積層耐熱合金板１の形状は一例であり、本発明の積層耐熱合金板の製造方法は、少なくとも板材同士の間にろう材を挟み込んでろう付けにより接合するものならば同様に適用でき、その用途に応じて様々な形状の積層合金板に適用することができる。

次に、本実施形態に係る積層耐熱合金板１の製造方法について説明する。
この製造方法は、図４から図６に示すように、上側押圧部Ｐ１及び下側押圧部Ｐ２が配された真空チャンバＣ内に複数の熱処理対象物１０を重力方向に積層する積層工程（Ｓ０１）と、これら熱処理対象物１０のろう付け工程（Ｓ０２）と、を備えている。

本実施形態では、略水平に載置された上板３の上面に、シート状に加工されたニッケルのろう材１１を敷き、さらにその上に細溝２Ａ側を下側にした状態で細溝板２を積層したものを一組の熱処理対象物１０としている。そして、積層工程（Ｓ０１）では、下側押圧部Ｐ２上に、シート部材１２と熱処理対象物１０とを交互に複数積層する。ここで、後述するろう付け工程（Ｓ０２）において熱処理対象物１０を加圧する上側押圧部材Ｐ１及び下側押圧部材Ｐ２との溶着を防止するために、最下層及び最上層がシート部材１２となるように積層する。なお、シート部材１２は、熱処理対象物１０間に複数枚積層されていてもよい。

溶けたろうが均一に配されるように、上板３及び細溝板２の接合面が所定の表面粗さに調節される。シート部材１２は、図７に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とを含む耐熱性を有する長繊維１３が綾織されて構成され、周縁部が熱処理対象物１０の外側にはみ出た状態で積層される。なお、当該シート部材１２の長繊維１３のＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２との割合としては、例えば前者が８０％程度、後者が２０％程度のものが選択されるが、それ以外の割合についても適宜選択可能なものである。長繊維１３の太さとしては、例えば５〜１０μｍ程度ものが選択されるが、それ以外のものでも適宜選択可能である。同様に、長繊維１３の網目の大きさについても適宜選択可能である。また、シート部材１２は、その周縁部が熱処理対象物１０よりはみ出て下方に垂れることで、各熱処理対象物１０がその上下に配されたもの同士で覆われるような大きさに設定されている。ここで、シート部材１２は、熱処理対象物１０からはみ出る周縁部が折り曲げられずに熱処理対象物１０を覆うようにその硬さが調整されていることが好ましく、具体的には、上記長繊維１３の材質、太さ、網目の大きさを選択することによりシート部材１２としての硬さが好適に調整される。

ろう付け工程（Ｓ０２）では、上側押圧部Ｐ１及び下側押圧部Ｐ２により、熱処理対象物１０に対して０．０１〜０．４ＭＰａの均一な負荷荷重を所定の負荷面積の小ブロックに分割して加える。次に、真空チャンバＣ内を不活性雰囲気または真空とし、真空チャンバＣ内側壁面に設けられたヒータＨにより４５０〜１２００℃の温度で所定時間加熱する。この際、各熱処理対象物１０は、上記のとおり、はみ出たシート部材１２の周縁部が下方に垂れて、上下に配されたシート部材１２で覆われている。

加熱処理後、真空チャンバＣからろう付けされた積層耐熱合金板１及びシート部材１２を取り出す。シート部材１２は、再び他の熱処理対象物のろう付けに使用される。

この積層耐熱合金板１の製造方法によれば、ろう付け工程（Ｓ０２）で真空チャンバＣに設けられたヒータＨで加熱する際に、熱処理対象物１０がシート部材１２で包み込まれているので、熱処理対象物１０の周縁部と内側との温度差を小さくすることができる。このため、熱処理対象物１０全体を均一に加熱して全体にわたってろう材１１を溶かして安定したろう付けを行うことができる。また、上記のとおり、熱処理対象物１０がシート部材１２で覆われていることで、真空チャンバＣ内を不活性雰囲気または真空とする際に、内部に塵埃が存在して舞い上がってしまったとしても、接合する細溝板２と上板３との間に塵埃が侵入してしまうことを防止することができる。

また、シート部材１２が長繊維１３を編み込まれて形成されていることで、下方に垂れても折れて損傷しにくく、また、加熱してもシート部材１２が粉末状になりにくい。このため、ろう付け工程（Ｓ０２）時において熱処理対象物１０を好適に包み込みつつ、ろう付け工程（Ｓ０２）後の再利用回数を多くすることができ、製造コストを抑えることができる。また、加熱によりシート部材１２が粉末状になりにくいことで、ろう付け工程（Ｓ０２）後にはシート部材１２を取り除くだけで良く、ろう付け工程（Ｓ０２）後の作業を良好な作業環境の下容易なものとすることができる。また、仮にろう材１１の内余分なものが外部に流れ出たとしても、長繊維１３を編み込んだシート部材１２が覆っていることで、流れ出たろうを長繊維１３間に吸着することができ、ろうによって製造された積層耐熱合金板や炉を汚すことを防止することもできる。

また、長繊維１３が綾織されてシート部材１２が構成されているので、シート部材１２の面密度を高めることができ、長繊維１本あたりの負荷を分散させることができる。そのため、押圧時に熱処理対象物１０の隅部における集中荷重を周囲に分散させて均圧化することができ、シート部材１２の耐久性を向上することができる。また、シート部材１２は、上記のとおり各熱処理対象物１０間に複数枚積層されていることで、押圧時における均圧化をさらに高めることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、シート部材１２は長繊維１３が綾織されたものとしているが、これに限らず、図８に示すような平織されたシート部材１５でも構わない。また、シート部材１２を構成する長繊維としてＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とを含むものとしているが、これに限らず、カーボン繊維のように所定の耐熱性を有する長繊維であってもよい。さらに、シート部材１２は、長繊維１３で織り込まれたものに限られず、短繊維で構成されたものや、樹脂をバインダとして接合されたものでも良く、少なくとも熱処理対象物１０からはみ出た周縁部が垂れ下がって熱処理対象物１０を覆うことが可能なものであれば良い。

１ 積層耐熱合金板
１０ 熱処理対象物
１１ ろう材
１２，１５ シート部材
１３ 長繊維

Claims (4)

1. 耐熱性を有するシート部材と、板材同士の間にろう材が挟まれて構成された熱処理対象物と、を交互に複数積層する積層工程と、
   積層された前記熱処理対象物を積層方向に押圧した状態で加熱するろう付け工程と、
   を備え、
   前記積層工程では、前記シート部材の周縁部が前記熱処理対象物の外側にはみ出た状態で前記シート部材を積層し、前記シート部材の周縁部が少なくとも加熱時に下方に垂れて、前記熱処理対象物を上下に配された前記シート部材で覆うことを特徴とする積層耐熱合金板の製造方法。
2. 前記積層工程で使用する前記シート部材は、長繊維が編み込まれて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層耐熱合金板の製造方法。
3. 前記シート部材は、前記長繊維が綾織されて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層耐熱合金板の製造方法。
4. 前記シート部材が各前記熱処理対象物間に複数枚積層されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の積層耐熱合金板の製造方法。

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